摘 要：文章基于PADS中Hyperlynx仿真軟件結(jié)合實(shí)例仿真，分析高速電路板由于傳輸線上的阻抗不連續(xù)導(dǎo)致信號反射問題的抑制辦法，并給出抑制反射的各種端接技術(shù)——串聯(lián)端接、并聯(lián)端接、戴維南端接，通過仿真結(jié)果進(jìn)行對比闡述，此端接技術(shù)可以有效的抑制反射問題。

關(guān)鍵詞：高速PCB；反射；Hyperlynx仿真軟件

引言

當(dāng)今是高速化發(fā)展的信息時(shí)代，使得高速PCB的應(yīng)用也越來越廣泛。針對于高速PCB的開發(fā)設(shè)計(jì)，必須認(rèn)真研究分析具體情況，根據(jù)規(guī)則合理進(jìn)行布局、布線。文章基于PADS中Hyperlynx仿真軟件，將高速電路板布局的相關(guān)問題比較透徹的進(jìn)行仿真，結(jié)合理論分析，得出了一些有效的解決措施。對于電子工程師今后繪制PCB板，有一定的指導(dǎo)意義。

1 產(chǎn)生反射的原因

導(dǎo)致信號反射的原因是因?yàn)閭鬏斁€上的阻抗不連續(xù)。當(dāng)傳輸線上的阻抗是連續(xù)的，不會(huì)產(chǎn)生反射，此為理想傳輸線模型。如果傳輸線的特性阻抗小于負(fù)載阻抗，那么將負(fù)載端多余的能量反射回源端，由于負(fù)載端全部能量沒有被吸收，故稱這種情況為欠阻尼。如果傳輸線的特性阻抗大于負(fù)載阻抗，此時(shí)與當(dāng)前源端提供的能量相比，負(fù)載試圖消耗更多的能量，因此通過反射通知源端輸送更多的能量，這種情況稱為過阻尼。欠阻尼和過阻尼都會(huì)引起反向傳播的波形，某些情況下在傳輸線上會(huì)形成駐波。

2 反射引起的振鈴效應(yīng)

通過Hyperlynx軟件，構(gòu)建原理圖建立仿真模型，將源端、接收端和傳輸線激活。設(shè)置型號均為74HCXX：GATE-2的兩接收端器件，型號為74AC11X：LINE-D的源端器件。第一段為微帶線傳輸線，第二段為帶狀線傳輸線，原理圖如圖1所示。仿真結(jié)果如圖2所示，因?yàn)樽杩共黄ヅ?，從圖2可以發(fā)現(xiàn)，在阻抗突變界面上產(chǎn)生多次反射，不同程度的畸變（振鈴）出現(xiàn)在源端波形和接收端波形中。由于智能端接分析功能，可從Hyperlynx中查閱推薦電阻值為28.1歐姆。再次進(jìn)行仿真，如圖3所示。

觀察3.0ns之后的接收端和源端波形的波動(dòng)幅度，比較圖2和圖3，可以看出端接電阻后的仿真圖中源端和接收端的波動(dòng)幅度較小。由此為了減小源端和接收端振鈴現(xiàn)象，可以端接電阻。

3 抑制反射的方法——端接

對于大多數(shù)系統(tǒng)來說反射過大影響性能，我們通過一些方法可以有效的消弱反射。通過仿真分析，將端接電阻進(jìn)行匹配從而可以達(dá)到減少反射的目的。有多種方式可以進(jìn)行匹配阻抗：包括并聯(lián)終端匹配，串聯(lián)終端匹配，戴維南終端匹配。先將具體方法分析如下：

3.1 并聯(lián)端接法

終端匹配技術(shù)中最簡單的方法為并聯(lián)終端匹配法。傳輸線的末端通過一個(gè)電阻R接到地或者接到VCC上，以實(shí)現(xiàn)終端的阻抗匹配。建立一個(gè)仿真原理圖，通過New Cell-Based Schematic指令建立仿真模型，將源端、接收端和傳輸線激活。設(shè)置型號為COMS，3.3V，F(xiàn)AST的源端及接收端器件，并聯(lián)端接82微歐的電阻。運(yùn)行仿真，分別仿真并聯(lián)終端匹配前、并聯(lián)終端匹配后的狀態(tài)情況。波形如圖4、5所示。

仿真結(jié)果如圖4和圖5所示，比較并聯(lián)終端匹配前和并聯(lián)終端匹配后的仿真結(jié)果，針對源端和接收端的波動(dòng)幅度觀察兩圖波形，圖5的波動(dòng)幅度較小。因此可以得出消弱源端和接收端的反射現(xiàn)象的方法之一是采用并聯(lián)終端匹配。

3.2 串聯(lián)端接法

在信號線和驅(qū)動(dòng)器輸出端之間串聯(lián)一個(gè)電阻即為串聯(lián)終端匹配法。修改原理圖，設(shè)置82微歐電阻串聯(lián)在接收端和源端之間，刪去原先的并聯(lián)電阻。通過對走線進(jìn)行串聯(lián)終端匹配前、串聯(lián)終端匹配后的仿真，波形如圖4、6所示。

比較仿真結(jié)果圖4和圖6的波動(dòng)幅度，圖6源端和接收端的波動(dòng)幅度明顯比圖4的小。由此可以得出通過串聯(lián)匹配電阻可以消弱反射，并且將圖6和圖5的仿真波形比較，采用串聯(lián)終端方式比并聯(lián)終端方式消弱反射的效果更優(yōu)。

3.3 戴維南終端匹配法

通過信號線的特征阻抗Z0和兩個(gè)電阻來RP和RD的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)終端匹配的方法，稱為組合戴維南終端匹配法。修改原理圖，將接收端的上拉電阻RP和下拉電阻RD激活，設(shè)置電阻阻值為82微歐，建成原理圖如圖7所示。通過對走線進(jìn)行戴維南終端匹配前、戴維南終端匹配后的仿真，波形如圖4、8所示。

比較仿真結(jié)果圖4和圖8的波形波動(dòng)幅度，圖8的波動(dòng)幅度比圖4的小。從而得出戴維南終端匹配法可以消弱源端和接收端的反射現(xiàn)象。并且針對這三種方法的仿真模型圖可見，戴維南終端匹配效果比串聯(lián)終端和并聯(lián)終端都要好，是這三種端接效果最優(yōu)的方法。

4 結(jié)束語

在此，希望文章能給予正在從事高速電路板設(shè)計(jì)的電子工程師、對高速PCB的反射問題感興趣的朋友們提供解決此類問題的新思路與新方法。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：王磊，青島科技大學(xué)自動(dòng)化與電子工程學(xué)院控制工程專業(yè)碩士。